(57)【要約】 【課題】  小型・高性能を確保しつつ著しい耐久性を有する動圧軸受用部品を安価に製造することを可能にする。【解決手段】  動圧軸受用部品素材を所定の形状に加工する加工工程と、前記加工工程に所定形状に加工された動圧軸受用部品素材の表面を所定の表面状態にする表面処理工程とを有し、前記表面処理工程は、容器１００に流体３００と研磨媒体である磁性メディア４００と被研磨体たる動圧軸受用部品３３とを入れて、回転台２００に磁石２０１を固定した外部の運動磁場によって磁性メディア４００を運動させることにより前記被研磨体を研磨するようにした磁気バレル研磨処理を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動圧軸受用部品を製造する動圧軸受用部品の製造方法であって、
動圧軸受用部品素材を所定の形状に加工する加工工程と、
前記加工工程で所定形状に加工された動圧軸受用部品素材の表面を所定の表面状態にする表面処理工程とを有し、
前記表面処理工程は、容器に流体と研磨媒体である磁性メディアと被研磨体とを入れて外部の運動磁場によって磁性メディアを運動させることにより前記被研磨体を研磨するようにした磁気バレル研磨処理を有することを特徴とする動圧軸受用部品の製造方法。 
【請求項２】
請求項１に記載の動圧軸受用部品の製造方法において、前記表面処理工程は、研磨砥粒を用いて精密研磨した後、前記磁気バレル研磨処理を施すものであることを特徴とする動圧軸受用部品の製造方法。 
【請求項３】
請求項１又は２に記載の動圧軸受用部品の製造方法において、前記磁気バレル研磨処理に用いる磁性メディアは、磁性ステンレス線材を所定の長さにしたものであることを特徴とする動圧軸受用部品の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面部に動圧発生用の凹凸パターンが形成された動圧軸受用部品を製造する動圧軸受用部品の製造方法に係り、例えば、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）やデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の駆動装置のようなディスク回転型記憶装置の他、ポリゴンミラー等の回転部の軸受として用いられる動圧軸受装置の動圧発生部を構成する動圧軸受用部品の製造に利用できる。 
【背景技術】
【０００２】
一般に、動圧軸受装置は、回転軸を含む回転部と固定部との隙間に充填された作動油に、回転軸の回転力を利用して動圧を与え、この動圧によって回転部を固定部に対して浮かせるような状態とすることにより、回転軸を回転自在に支持するものである。この動圧軸受装置には、回転に伴って作動油に所定の物理力を作用させて動圧を発生させるために、表面部に凹凸パターンが形成された動圧発生軸受部材と、この動圧発生軸受部材に対向配置されて軸受隙間を形成する相手部品としての動圧軸受部材とを有する動圧軸用受部品が用いられる。
【０００３】
ところで、例えば、ＨＤＤ用のスピンドルモータ等の小型モータにおける動圧軸受装置では、回転軸の回転に伴って発生する動圧により固定部に対して回転部が浮上支持される際に回転部と固定部との間に形成される隙間の幅寸法は、その対抗面積、負荷容量、流体の粘度等を勘案し、２〜３μｍ±０．５μｍの程度という、非常に小さい隙間に設定されるのが一般的である。また、この場合に用いられる動圧軸受装置に用いる動圧発生軸受部材の表面部に形成される凹凸パターンの高さも５〜２０μｍ程度に設定されている。
【０００４】
それゆえ、動圧発生軸受部材とこの相手部品としての動圧軸受部材とを有する動圧軸受用部品の製造には、非常に高い加工精度が要求される。このため、例えば、動圧発生軸受部材の製造は、旋盤等で所定形状に加工された動圧軸受用部品素材の所定の表面部にいわゆるフォトリソグラフィー法等を適用して動圧発生用の凹凸パターンを形成し、しかる後に、この凹凸パターンが形成された表面部に研磨砥粒を用いた精密研磨等を施して、表面部の平坦度や表面粗さを極めて精密に仕上げることがなされている。また、この動圧軸受用部品の相手部材たる動圧軸受部材は、動圧発生軸受部材に対向配置されたときに所定の軸受隙間を形成するような形状に加工した後に、同様に表面部に研磨砥粒を用いた精密研磨等を施して、表面部の平坦度や表面粗さを極めて精密に仕上げることがなされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＨＤＤの改良や新たな展開が進む中、ＨＤＤ用のスピンドルモータの軸受装置にも種々のますます厳しい要請がなされてきている。すなわち、例えば、ハードディスクの小型化に伴う小型化への要請、さらなる耐久性向上への要請、低コスト化及び生産性向上への要請、等々である。動圧軸受装置は、これらの要請に対して、従来のボールベアリング式等の他の方式の軸受装置に比較すると、原理的に非常に有利であると考えられているが、近年の要請に対して必ずしも十分に応えられない場合もあることが判明してきた。
【０００６】
すなわち、ＨＤＤは、ハードディスク上を磁気ヘッドを浮上走行させて情報の読み書きを行なうが、その動作は、いわゆるＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）方式が主流である。このＣＳＳ方式は、ハードディスクの回転・停止の動作を常時繰り返し行なうものであるので、スピンドルモータの軸受装置もその回転・停止の繰り返し動作に対して十分な耐久性を有することが要請される。
【０００７】
上述の従来の動圧軸受用部品を用いた動圧軸受装置では、一定の耐久性を有する（４０万回程度の繰り返し耐久性）ものの、それ以上の耐久性を得ることは困難であることが判明してきた。また、極めてまれではあるが、かなりの耐久試験後に、ＣＳＳの際に軸が軸受に密着して起動できないことが生ずる場合もあることが判明した。
【０００８】
本発明の目的は、小型・高性能を確保しつつ著しい耐久性を有する動圧軸受用部品を安価に製造することを可能にする動圧軸受用部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
動圧軸受用部品を製造する動圧軸受用部品の製造方法であって、
動圧軸受用部品素材を所定の形状に加工する加工工程と、
前記加工工程で所定形状に加工された動圧軸受用部品素材の表面を所定の表面状態にする表面処理工程とを有し、
前記表面処理工程は、容器に流体と研磨媒体である磁性メディアと被研磨体とを入れて外部の運動磁場によって磁性メディアを運動させることにより前記被研磨体を研磨するようにした磁気バレル研磨処理を有することを特徴とする動圧軸受用部品の製造方法である。
第２の手段は、
第１の手段にかかる動圧軸受用部品の製造方法において、前記研磨工程は、研磨砥粒を用いて精密研磨した後、前記磁気バレル研磨処理を施すものであることを特徴とする動圧軸受用部品の製造方法である。
第３の手段は、
第１又は第２の手段にかかる動圧軸受用部品の製造方法において、前記磁気バレル研磨処理に用いる磁性メディアは、磁性ステンレス線材を所定の長さにしたものであることを特徴とする動圧軸受用部品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
上述の手段において、研磨工程で、磁気バレル研磨処理を施すことにより、著しい耐久性を有するとともに、ＣＳＳの際に軸が軸受に密着して起動できないということも全くなく、しかも、製造も極めて容易であるという作用効果が得られることが分かった。磁気バレル研磨を施すことにより、上述の効果が得られることは、本願発明者が、試行錯誤的にさまざまな表面処理を試みた結果はじめて見いだすことができたものである。
【００１１】
このような作用効果が得られるメカニズムは理論的に解明されていないが、以下の理由によるものと推定される。すなわち、従来の研磨砥粒を用いた精密研磨等を施して表面部の平坦度や表面粗さを精密に仕上げる方法は、数値的には平坦度や表面粗さを非常に高い値にすることができる。したがって、その限りにおいては、耐久性等に優れるはずであると考えられる。しかし、上述の通り、実際には必ずしも良い結果が得られていない。
【００１２】
これは、研磨砥粒等を用いた研磨では、金属表面に剥離しやすい毟れ（ムシレ）や毛羽（ケバ）もしくはかえり（カエリ）が多く生じ、これらが剥がれて異物となり、軸受を破損させる原因になるためと考えられる。また、シャープな凹凸が多いので、作動中に摩耗がおきやすいと考えられる。さらには、これらを防止するために表面粗さを良くすると、こんどはＣＳＳ時の密着という問題が発生するものと考えられる。
【００１３】
これに対して、磁気バレルを施すことにより、金属表面の剥離しやすい毟れ（ムシレ）や毛羽（ケバ）もしくはかえり（カエリ）が除去され、金属表面が滑らかにされ、しかも、緩やかで適度に大きい粗さを有する凹凸が形成され、さらには、金属表面が鍛えられて、加工硬化すると共に剥離等のおそれもなくなるものと考えられる。その結果、著しい耐久性の向上、密着現象発生の防止等の効果が得られるものと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品の製造方法における磁気バレル研磨処理の説明図、図２は本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品たる第二環状部材３３の断面図、図３は第二環状部材３３の平明図、図４は本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品たる回転部材３１の側面図、図５は回転部材３１の表面部に形成された凹凸パターン３１Ｂの展開図、図６は研磨砥粒を用いた精密研磨処理後の凹凸パターンの表面の表面粗さを測定した結果を示すグラフ、図７は磁気バレル研磨処理後の凹凸パターンの表面の表面粗さを測定した結果を示すグラフ、図８は本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品をＨＤＤ回転駆動部１０に組み込んだ例を示す断面図であり、図９は動圧軸受装置２０の拡大断面図である。以下、これらの図面を参照にしながら実施例にかかる動圧軸受用部品の製造方法を説明する。
【００１５】
まず、動圧軸受用部品を所定の手段により所定の形状に加工し、動圧発生軸受部材を製造する場合には表面部に動圧発生用の凹凸パターンを形成する。次いで、その表面に所定の研磨処理等の表面処理を施して、所定の平坦度及び表面粗さを有する表面状態に仕上げる。動圧発生軸受部材の相手部材である動圧軸受部材を製造するときには、凹凸パターンを形成しないこと以外は上記動圧発生軸受部材の製造と同様の工程を行って仕上げる。したがって、以下の説明では、動圧発生軸受部材を例に挙げて説明し、その相手部材である動圧軸受部材に関する説明は省略する。図２及び図３に示される第二環状部材３３は、動圧発生軸受部材の一種であり、スラスト軸受の一種である。また、図４及び図５に示される回転部材３１も動圧発生軸受部材の一種であり、ジャーナル軸受の一種である。
【００１６】
第二環状部材３３を製造する場合には、所定寸法の環状部材を切削加工等で得、次いで、一方の表面３３Ｂに周知のフォトリソグラフィー法や電解加工法等を用いて凸状部３３Ｂｐと凹状部３３Ｂｎとからなる動圧発生用凹凸パターンを形成する。回転部材３１を製造する場合には、所定寸法の円柱状部材を切削加工等で得、次いで、同様に、表面３１Ａに周知のフォトリソグラフィー法や電解加工法等を用いて凸状部３１Ｂｐと凹状部３１Ｂｎとからなる動圧発生用凹凸パターンを形成する。
【００１７】
次に、上記凹凸パターン形成工程で動圧発生用凹凸パターンが形成された動圧軸受用部品素材の表面部に精密研磨処理を施す。この研磨工程は、具体的には、平面研磨盤（ラップ研磨盤又はポリッシング研磨盤）による研磨もしくは円筒研削加工によるもので、平均粗さＲａ＝０．０４μｍ程度に仕上げる。図６は研磨砥粒を用いた精密研磨処理後の凹凸パターンの表面の表面粗さを測定した結果を示すグラフである。なお、表面粗さの測定は、テーラーホブソン社の触針式表面粗さ計を用いた。
【００１８】
次に、上記研磨を施した表面にさらに磁気バレル研磨処理を施す。図１に示されるように、この磁気バレル研磨処理は、固定台１１０に置いた容器１００に流体３００と研磨媒体である磁性メディア４００と被研磨体である動圧軸受用部品３３とを入れて蓋１０１をし、回転台２００に磁石２０１を固定した外部の運動磁場によって磁性メディア４００を運動させることにより、前記被研磨体を研磨するものである。
【００１９】
この場合、流体３００としては、例えば、水３５０〜４００ｃｃに対し、コンパウンドを約５ｃｃ（全体の１〜２％）、クエン酸を約０．１ｇ添加したものを用いる。また、磁性メディア４００としては、例えば、直径０．５ｍｍで長さが５ｍｍの磁性ステンレスピンを、上記流体に対して、１５０〜１８０ｇ入れて用いる。そして、回転台２００を約６００ｒｐｍで回転させ、約３０分間研磨する。図７は磁気バレル研磨処理後の凹凸パターンの表面の表面粗さを測定した結果を示すグラフである。なお、表面粗さの測定は、テーラーホブソン社の触針式表面粗さ計を用いた。
【００２０】
図６に示されるように、研磨砥粒を用いた精密研磨処理後の凹凸パターンの表面の表面粗さは、平均粗さＲａ＝０．０４μｍであり、極めて高い精度に仕上がっている。これに対して、図７に示されるように、磁気バレル研磨を施した後の表面は数値的にはむしろ精度が低下したようにみえる。しかしながら、図６に示される表面状態を分析すると、シャープな凹凸が多く、金属表面に剥離しやすい毟れ（ムシレ）や毛羽（ケバ）もしくはかえり（カエリ）が多く生じているものと推測される。それゆえ、作動中に摩耗がおきやすくなったり、毟れ（ムシレ）や毛羽（ケバ）もしくはかえり（カエリ）が剥がれて異物となり、軸受を破損させる原因にもなるおそれがあるものと考えられる。
【００２１】
これに対して、磁気バレル研磨を施した後の表面は数値的にはむしろ精度が低下したようにみえるが、金属表面の剥離しやすい毟れ（ムシレ）や毛羽（ケバ）もしくはかえり（カエリ）が除去され、金属表面が滑らかにされ、しかも、緩やかで適度に大きい粗さを有する凹凸が形成され、さらには、金属表面が鍛えられて、加工硬化すると共に剥離等のおそれもなくなるものと考えられる。その結果、著しい耐久性の向上、密着現象発生の防止等の効果が得られるものと考えられる。
【００２２】
以下、上述の動圧軸受用部品をＨＤＤ回転駆動部に用いた例を説明する。図８において、ＨＤＤ回転駆動部１０の中心部には、動圧軸受装置２０が配置されている。この動圧軸受装置２０の回転中心に配置された回転軸部材３１の上部には、図示されない記憶用ディスクを搭載するハブ１１が嵌合固定され、回転軸部材３１とともに回転するようになっている。また、ハブ１１の内周面には、モータ駆動用磁石部材１２が嵌合固着され、このモータ駆動用磁石部材１２の内側には、ステータ支持部材１４に固定されたモータステータ部１３が設けられている。モータ駆動用磁石部材１２は、モータステータ部１３に与えられた交番電流により発生する交番磁界により回転駆動され、これによりハブ１１とともに記憶用ディスクが回転するようになっている。 
【００２３】
ＨＤＤ回転駆動部１０の大きさは、例えば、ハブ１１の外径（直径）が２０ｍｍ程度、動圧軸受装置２０の全体の厚さ（高さ寸法）がモータステータ部１３の構造等にもよるが１．５〜５．８ｍｍ程度、回転軸部材３１の軸径（直径）が２ｍｍ程度のものである。図９において、動圧軸受装置２０は、回転部３０と固定部４０とを備えている。また、回転部３０と固定部４０との間には、動圧軸受部５０が形成され、回転部３０は、この動圧軸受部５０を介して固定部４０により回転自在に支持されている。 
【００２４】
回転部３０は、円柱状の回転軸部材３１と、この回転軸部材３１の外周面に嵌合固定された円環状の第一環状部材３２および第二環状部材３３とを備えて構成されている。これらの第一環状部材３２および第二環状部材３３は、回転軸部材３１の外周面３１Ａとの嵌合面である内周面３２Ａ，３３Ａのみに接着剤が塗布され、上下の各端面には、接着剤は塗布されていない。 
【００２５】
固定部４０は、回転軸部材３１の下端側に配置される受け皿状の下部支持部材４１と、この下部支持部材４１の上部に嵌合固着されて第一環状部材３２と第二環状部材３３との間に配置された円環状の中間部材４２と、この中間部材４２の外周側に配置された円環状の磁石部材４３と、この磁石部材４３の上側に配置されて中間部材４２の外周面に嵌合固着された略フランジ状の上部ヨーク４４とを備えて構成されている。なお、下部支持部材４１の底板は、何の荷重もかからず、液体を封入できればよいので、例えば０．０５ｍｍ程度の厚さがあればよく、高さ方向には殆どスペースをとらない。 
【００２６】
動圧軸受部５０は、回転部３０に作用するスラスト方向の荷重を受けるスラスト軸受部５１と、回転部３０に作用するラジアル方向の荷重を受けるジャーナル軸受部５２とにより構成されている。また、スラスト軸受部５１は、上側スラスト軸受部５１Ａと、下側スラスト軸受部５１Ｂとの二層により形成されている。上側スラスト軸受部５１Ａは、第一環状部材３２の下端面３２Ｂと、この下端面３２Ｂに対向する中間部材４２の上端面４２Ａと、これらの対向面３２Ｂ，４２Ａ間に形成された第一の隙間５４に充填された動圧発生用の作動油５３とにより構成されている。 
【００２７】
下側スラスト軸受部５１Ｂは、第二環状部材３３の上端面３３Ｂと、この上端面３３Ｂに対向する中間部材４２の下端面４２Ｂと、これらの対向面３３Ｂ，４２Ｂ間に形成された第二の隙間５５に充填された動圧発生用の作動油５３とにより構成されている。 ジャーナル軸受部５２は、回転軸部材３１の外周面３１Ａと、この外周面３１Ａに対向する中間部材４２の内周面４２Ｃと、これらの対向面３１Ａ，４２Ｃ間に形成された第三の隙間５６に充填された動圧発生用の作動油５３とにより構成されている。
【００２８】
上側スラスト軸受部５１Ａを構成する各対向面３２Ｂ，４２Ａのいずれか一方の面、および下側スラスト軸受部５１Ｂを構成する各対向面３３Ｂ，４２Ｂのいずれか一方の面には、図示されない動圧発生用の凹凸パターンがそれぞれ形成されている。これらの凹凸パターンの形状や深さは任意であり、動圧発生に適した一般的なものとすればよい。また、ジャーナル軸受部５２を構成する回転軸部材３１の外周面３１Ａにも、この外周面３１Ａを一周する帯状領域に動圧発生用の凹凸パターン３１Ｂが形成されている。但し、凹凸パターン３１Ｂの形状や深さは任意であり、動圧発生に適した一般的なものとすればよく、図示の形状に限定されるものではない。また、第一の隙間５４、第二の隙間５５、第三の隙間５６、および回転軸部材３１および第二環状部材３３の下端面と下部支持部材４１の底面との間に形成された隙間５７は、全て連通されている。 
【００２９】
作動油５３と外部空間６０との境界面５３Ａの近傍に配置される構成部材である第一環状部材３２および上部ヨーク４４の表面のうち、少なくとも図中一点鎖線で示された部分には、作動油５３の滲み出し防止用の撥油剤が塗布されている。なお、撥油剤は、図中一点鎖線で示された部分以外の部分に塗布されていてもよい。例えば、後述するように、第一環状部材３２および上部ヨーク４４の機械加工を行う際に、撥油剤を切削剤の代わりに用いる場合には、これらの部材３２，４４の全体が撥油剤で覆われることになるが、膜厚が微少であるため問題にはならない。また、第一環状部材３２の表面のうち、図中一点鎖線で示された部分は、テーパ面３２Ｃとなっている。 
【００３０】
作動油５３には磁性流体が用いられ、このうち境界面５３Ａの近傍部分には、第一磁性流体５３Ｂが配置され、境界面５３Ａの近傍部分以外の部分、すなわち、隙間５４〜５７には、第一磁性流体５３Ｂの濃度よりも低い濃度を有する第二磁性流体５３Ｃが配置されている。ここで、第一磁性流体５３Ｂとしては、例えば、強磁場で保持されるに十分な１００〜２００ガウス程度の磁性流体を好適に用いることができ、第二磁性流体５３Ｃとしては、例えば、限りなく一般の潤滑油に近い飽和磁化１０〜３０ガウス程度の濃度の低い磁性流体（飽和磁化２００ガウスの磁性流体に比較し、金属微粒子の含有量は約１／４程度）を好適に用いることができる。 
【００３１】
磁石部材４３は、回転軸部材３１の軸芯に沿う方向（図中上下方向）に着磁され、これにより磁石部材４３−上部ヨーク４４−第一環状部材３２−回転軸部材３１−第二環状部材３３−下部支持部材４１−磁石部材４３という経路による磁気閉回路が形成されている。従って、境界面５３Ａの近傍部分、すなわち第一環状部材３２の外周面とこれに対向する上部ヨーク４４の内周面との間には、強磁場が形成され、これにより第一磁性流体５３Ｂが保持されている。磁石部材４３には、例えばサマリウムと鉄と窒素とを配合して形成された磁石部材（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎマグネット）を好適に用いることができる。これは、粒子径が例えば５μｍ程度のボンド磁石である。
【００３２】
上述の構成のＨＤＤ回転駆動部の耐久性をテストしたところ、１３０万回以上のＣＳＳテストに耐えることが解った。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、例えば、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）やデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の駆動装置のようなディスク回転型記憶装置の他、ポリゴンミラー等の回転部の軸受として用いられる動圧軸受装置の動圧発生部を構成する動圧軸受用部品の製造に利用できる。 
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品の製造方法における磁気バレル研磨処理の説明図である。
【図２】本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品たる第二環状部材３３の断面図である。
【図３】第二環状部材３３の平明図である。
【図４】本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品たる回転部材３１の側面図である。
【図５】回転部材３１の表面部に形成された凹凸パターン３１Ｂの展開図である。
【図６】研磨砥粒を用いた精密研磨処理後の凹凸パターンの表面の表面粗さを測定した結果を示すグラフである。
【図７】磁気バレル研磨処理後の凹凸パターンの表面の表面粗さを測定した結果を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例にかかる動圧軸受用部品をＨＤＤ回転駆動部１０に組み込んだ例を示す断面図である。
【図９】動圧軸受装置２０の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
３３  動圧軸受用部品
２００  回転台
２０１  磁石
３００  研磨流体
４００  磁性メディア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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